​Когда заходит речь об альтернативных, экологически чистых способах отопления жилья, на ум сразу же приходят тепловые насосы и солнечные коллекторы. Эти системы рассматриваются, как правило, совершенно раздельно, поскольку в их основе заложены разные принципы использования «дарового» тепла.

В одном случае это низкопотенциальные источники энергии – грунт, естественные водоемы, грунтовые или сбросные воды, и даже воздух. Во втором случае напрямую используется энергия солнца.

Казалось бы, перед нами – совершенно разные темы, никак не пересекающиеся в силу несопоставимости инженерных решений. Каждому оборудованию отводится свое отдельное место. Тем не менее, эти принципы можно совместить, создав своего рода «гибридный» вариант, где задействована и энергия солнца, и теплонасосная установка. Именно такую систему предложили специалисты Института теплофизики СО РАН (разработка Владимира Морозова и Сергея Елистратова).

Источником тепла здесь является солнечный соляной пруд. Это неглубокий резервуар, заполненный специальным соляным раствором. Дно резервуара и боковые стенки зачернены. Иначе говоря, соляной пруд работает как солнечный коллектор. По словам разработчиков, в нижнем придонном слое под действием солнечной радиации температура поднимается до 100 градусов Цельсия и даже выше.

Основное условие работы таких прудов, отмечают они, заключается в наличии градиента концентрации соли по толщине воды, благодаря чему возникает препятствие для перемешивания различных по температуре слоев. Например, в верхнем слое вода будет пресной, в среднем – переменной солености, а в нижнем слое концентрация соли должна быть максимальной.

Идея солнечного соляного пруда не нова. Причем, «подсмотрена» она у самой природы (например, в Израиле Мертвое море используется в качестве источника энергии). В данном случае предложен вариант применения такой конструкции для теплоснабжения малоэтажных домов в условиях Сибири. Какую функцию выполняет солнечный соляной пруд?  Помимо обычного нагрева воды для горячего водоснабжения, резервуар дополнительно «подключен» к теплонасосной установке, с помощью которой осуществляется теплоснабжение дома в холодный период. Фактически, разработчики рассматривают резервуар не только как эффективную конструкцию солнечного коллектора для горячего водоснабжения. Используя «гибридный» подход и подключая к резервуару теплонасосную установку, мы одновременно повышаем эффективность работы теплового насоса, поскольку обеспечиваем таким путем дополнительный подогрев источника тепла за счет солнца. По сути, здесь в «одном флаконе» одновременно присутствуют два источника – солнечная радиация и вода (точнее, солевой раствор) как источник низкопотенциального тепла. Ведь одно дело, когда тепло приходится «извлекать» из подземной воды с температурой 4 -5 градусов. И совсем другое дело, когда эта вода прогревается солнцем до более высоких значений. Как указывают разработчики, в зимний период придонные слои могут прогреваться до температуры 15 градусов Цельсия. Это позволяет успешно использовать резервуар для отопления домов с применением тепловых насосов парокомпрессионного типа.

Как видим, решение очень оригинальное и простое. Пожалуй, дешевизна и простота в изготовлении такой конструкции определяет преимущества солнечных соляных прудов перед коллекторами других типов. Благодаря высокой теплоемкости воды происходит утилизация достаточно большого количества солнечного тепла (резервуар одновременно выступает в роли теплового аккумулятора). По данным разработчиков, теплоаккумулирующие возможности соляного пруда площадью 100 кв. метров для города Новосибирска позволяют его использовать круглогодично. В зимние месяцы количество теплоты находится на уровне 1,5 – 2,5 Гкал. В летние месяцы возрастает до 10 – 11 Гкал. В итоге мы получаем систему, весьма перспективную с точки зрения теплоснабжения малоэтажных поселений.

В чем важность таких разработок? Принято считать, что для Сибири альтернативные источники энергии не актуальны. Поэтому упор делается на традиционные виды топлива, поскольку отопление жилья значится у нас на первом месте. Практика в чем-то подтверждает данный тезис.  Скажем, тепловые насосы пока у нас не прижились. Возможно, все упирается в дороговизну подобного оборудования. Но, с другой стороны, пока еще нет убедительной практики применения теплонасосных установок.

Даже натурные испытания, проводившиеся несколько лет назад недалеко от Новосибирска, пока еще не позволяют говорить об экономической обоснованности подобных технических решений. Ведь одним только теплонасосом в наших краях не обойдешься, а устанавливать его ради «экономии» топлива бессмысленно, поскольку такая экономия окажется эфемерной.

Достаточно сказать, что стоимость одной только прокладки трубопроводов сопоставима со стоимостью самого теплонасоса. В этой связи затраты на дополнительную установку такой системы кажутся барской причудой. Поэтому мнения специалистов на этот счет до сих пор расходятся.

Что касается использования солнечной энергии, то здесь экономия может оказаться вполне ощутимой. Разговоры о том, будто в Сибири очень мало солнца, не соответствуют действительности. По данным специалистов, суммарная солнечная радиация (на горизонтальную поверхность) в районе поселка Огурцово составляет 89 МДж/кв. метр в декабре и 880 МДж/кв. метр в июне. Предложенная система с солнечным прудом (при площади резервуара в 100 кв. метров) позволяет утилизировать до 50% этой энергии. В декабре это составит 0,034 Гкал/сутки, в июне – 0,35 Гкал/сутки.

Таким образом, заключают специалисты, в летний период и в межсезонья солнечный пруд способен стать основным источником тепла для горячего водоснабжения. А зимой, в наиболее холодные дни, он может служить дополнительным источником низкопотенциального тепла для теплонасосной установки. Принципиально важно, что в последнем случае он дает реальную экономию, поскольку такой резервуар, как мы уже сказали, достаточно прост в изготовлении, и даже по силам «рукастому» мужику. По крайней мере, соорудить его куда проще, чем уложить горизонтальный контур для теплонасоса (лично я знаю владельцев индивидуальных домов, бравшихся за такое дело, но безуспешно).

Конечно, пока мы не можем говорить о конкретной практике применения такой системы в наших условиях. Однако очень сильно впечатляет красота идеи. А это уже само по себе немаловажно.

Олег Носков

Источники

Солнце, соль, вода и трубы
Академгородок (academcity.org), 21/08/2019

Похожие новости

  • 06/09/2017

    В Новосибирске расмотрели альтернативы «мусорному» концессионеру

    ​Альтернативные предложения по сбору и утилизации отходов были рассмотрены в рамках "Городской ассамблеи" в Новосибирске. Местные разработчики предложили новые современные технологии переработки ТКО.
    1546
  • 29/11/2016

    Академический час для школьников

    30 ноября в 15.00 в малом зале Дома ученых СО РАН состоится лекция директора Института теплофизики  им.  С.С.  Кутателадзе  СО  РАН академика Сергея Владимировича Алексеенко  "Перспективы   использования   глубинного   тепла  Земли" — об альтернативных источниках энергетики.
    2697
  • 24/01/2018

    Академик Сергей Алексеенко: надо повышать эффективность использования и переработки органического сырья

    ​Будущее человечества — в развитии экологически чистых и эффективных технологий переработки органического сырья, использовании возобновляемых источников энергии. Насколько мировая, в том числе и сибирская, наука продвинулась вперед в этих вопросах? На этот и другие вопросы отвечает научный руководитель Института теплофизики СО РАН Сергей Владимирович Алексеенко.
    1005
  • 29/08/2018

    В Новосибирске собираются построить аэродинамическую трубу для изучения обледенения самолетов

    ​Аэродинамическую трубу для изучения процессов обледенения при взлете и посадке самолетов планируется построить в новосибирском Академгородке, сообщил агентству "Интерфакс-Сибирь" научный руководитель Института теоретической и прикладной механики им.
    1179
  • 27/09/2018

    «Академгородок 2.0»: в один МИК объединят пять центров исследований

    ​Ученые предлагают создать междисциплинарный исследовательский комплекс аэрогидродинамики, машиностроения и энергетики. Планируется, что он объединит пять современных исследовательских центров: аэродинамический; геофизической гидродинамики; перспективных энергетических технологий; высокоэнергетических технологий и новых материалов; физико-химических проблем горения и аэрозолей.
    1308
  • 03/10/2018

    Академик Сергей Алексеенко: Энергетика – фундамент развития экономики государств

    2 октября Сергей Алексеенко, лауреат премии «Глобальная энергия» - 2018, академик РАН, заведующий лабораторией «Проблем тепломассопереноса» Института теплофизики СО РАН, прочел лекцию в МИСиС о тенденциях и перспективах развития энергетики в контексте теплофизических задач.
    1098
  • 26/10/2016

    «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики»: XIV Всероссийская школа-конференция молодых ученых с международным участием

    ​С 22 по 25 ноября 2016 года в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН состоится XIV Всероссийская школа-конференция молодых ученых с международным участием "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики".
    2524
  • 09/09/2016

    Академику Багаеву Сергею Николаевичу исполняется 75 лет

    ​Сергей Николаевич Багаев родился 9 сентября 1941 г. в Новосибирске. Окончил Новосибирский государственный университет в 1964 г. С 1965 по 1978 г. - стажер-исследователь, младший научный сотрудник, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией Института физики полупроводников СО АН СССР.
    3349
  • 04/12/2018

    В новосибирском Академгородке внедрили инновационную систему освещения улиц

    "Установка новой системы наружного освещения в Академгородке - хороший пример эффективного применения разработок новосибирских инновационных компаний для городского хозяйства", - считает мэр Анатолий Локоть, который оценил преимущества нового светового оборудования в ходе выездного совещания.
    1373
  • 06/09/2017

    6 сентября исполнилось 100 лет со дня рождения академика Михаила Федоровича Жукова

    ​На рабфаке юный Михаил прочел научно-популярные книги Константина Эдуардовича Циолковского и отважился написать кумиру письмо – попросить совета, куда пойти учиться. Великий ученый посоветовал механико-математический факультет МГУ.
    1213